Nachweis von Lithiumionen in Arzneimitteln mittels MALDI

Gepostet: 22. Februar 2023 | Ahmad Amini, Johan Carlsson | Noch keine Kommentare

Hier diskutieren Ahmad Amini und Johan Carlsson von der schwedischen Arzneimittelbehörde den Einsatz der Matrix-unterstützten Laserdesorptions-/Ionisations-Flugzeit-Massenspektrometrie (MALDI-TOF MS) zur Identifizierung von Lithium in pharmazeutischen Präparaten.

Lithium (Li) ist das dritte Element im Periodensystem, das zur Gruppe der Alkalimetalle gehört. Es wurde von Johann August Arfwedson im frühen 19. Jahrhundert im Mineral Petalit entdeckt. Es wird angenommen, dass dies den Ursprung des Elementnamens erklärt. von lithos (griechisch für Stein). Es kommt in verschiedenen Salzen wie Sulfat, Acetat und Chlorid vor. Lithium hat neun bekannte Isotope, von denen zwei stabil sind – 6Li und 7Li, die eine Häufigkeit von 7,5 Prozent bzw. 92,5 Prozent aufweisen.1

Lithium ist in hohen Konzentrationen giftig für Menschen, Tiere und Pflanzen, z. B. kann die Einnahme von 5 g LiCl tödliche Toxizität verursachen.“

Lithium könnte je nach Konzentration oder Exposition für lebende Organismen biologisch wichtig sein.2,3 Lithium wird in niedrigen bis mittleren Konzentrationen seit mehr als 50 Jahren als therapeutisches Mittel zur Behandlung von bipolaren Störungen eingesetzt.4 Allerdings Lithium ist in hohen Konzentrationen giftig für Menschen, Tiere und Pflanzen, z. B. kann die Einnahme von 5 g LiCl tödliche Toxizität hervorrufen.5 Lithium hat sich auch als wirksames Kathionisierungsmittel für die MALDI-Analyse von z. B. natürlichen Wachsestern und Sphingolipiden erwiesen. Kohlenhydrate, Lipide und Polymere.6-8

Cyclodextrine sind eine Familie zyklischer Oligomere, die durch enzymatische Verdauung aus Stärke hergestellt werden.9 Die am häufigsten vorkommenden natürlichen Cyclodextrine sind α-CD, β-CD und γ-CD, einschließlich sechs, sieben bzw. acht Glucopyranose-Einheiten. Sie weisen eine Form auf, die einem hohlen Torus ähnelt, mit unterschiedlichen Polaritäten in ihren Innen- und Außenflächen; dh hydrophober Innenhohlraum und hydrophiles Äußeres.10

Das Innere der Cyclodextrine verbindet sich leicht mit verschiedenen organischen Molekülen und bildet Einschlusskomplexe.10,11 Die Hydroxylgruppen an der Mündung des CD-Hohlraums bilden durch Wasserstoffbrücken oder elektrostatische Wechselwirkungen supramolekulare Komplexe.12 Solche Eigenschaften ermöglichen die Bildung von Wirt-Gast-Komplexen , mit anorganischen Metallsalzen.13,14 Zu den treibenden Kräften hinter der Wirt-Gast-Einschlusskomplexierung des CD und des einzelnen Gastmoleküls gehören elektrostatische, Wasserstoffbrückenbindungen, Van-der-Waals- und hydrophobe Wechselwirkungen.15-17

Weiche Ionisationstechniken wie MALDI-TOF MS und Elektrospray-Ionisation bieten die Möglichkeit, nichtkovalente CD-Komplexe zu untersuchen.9,18,19

In der vorliegenden Studie wurde die Adduktbildung zwischen α-CD und Lithiumionen zum Nachweis von Lithium in Arzneimitteln genutzt.

α-Cyclodextrin hat wie andere Cyclodextrine wie β-CD eine hohe Affinität zur Paarung mit verschiedenen Alkalimetallen in der Probenmatrix, um eine Vielzahl von Addukten zu bilden. Wie dargestellt inAbbildung 1 Die MALDI-Analyse im positiven Ionenmodus von α-CD und β-CD erzeugt Ionenformen von Alkalimetalladdukten, z. B. [α-CD-Li]+, [α-CD-Na]+ und [α-CD-K]+ . α-CD (MW = 792,8 g/mol), α-CD weist im Gegensatz zu β-CD eine hohe Wasserlöslichkeit auf, d. h. mehr als 100 g pro Liter Wasser bei 25 °C. CD ist eine Co-Matrix und fungiert als Alkalimetallsenke, die Metallionen, dh Li+, Na+ und K+, einfängt. Dies ist auf die hohe Affinität von Zuckern zur Bildung von Alkalimetallionenaddukten in der Massenspektrometrie zurückzuführen.20

Abbildung 1 : Kationisierung von α-CD (A) und β-CD (B) durch Lithium-, Natrium- und Kaliumkationen. Lithiumchlorid wurde in 50 mg/ml α-CD und 10 mg/ml β-CD in einer Konzentration von 200 µg/ml gelöst. Die Analysen wurden im Reflektronmodus unter Verwendung von in Acetonitril und Trifluoressigsäure gelöstem ACHCA als MALDI-Matrix durchgeführt.

Die Assoziation mit den Alkalimetallionen und damit die Bildung des kathionisierten CD hängt von der Affinität des CD zu diesen Metallionen, dem CD/Metall-Verhältnis sowie den Eigenschaften des Metallkations wie Ionenradius und Elektronenkonfiguration ab.13

Daher wurde eine Lösung von 50 mg/ml (51 mM) α-CD in Wasser als Lösungsmittel verwendet, um einen Überschuss an α-CD-Molekülen für die Adduktbildung zu erhalten.

Figur 2 : MALDI-TOF MS-Analyse von Trifluoracetat (A), Lithiumacetat (B), Lithiumchlorid (C) und Lithiumsulfat (D). Die Lithiumkonzentrationen betrugen 0,3 µg/ml (A, B und D) und 0,4 µg/ml (C). Die übrigen Bedingungen entsprachen denen in Abbildung 1.

Lithium kann aufgrund seines kleineren Radius und seiner hohen Polarisationsstärke Na+ und K+ in α-CD ersetzen.

Es wurden verschiedene Lithiumsalze, dh Lithiumsulfat, Lithiumchlorid, Lithiumacetat und Lithiumtrifluoracetat, in unterschiedlichen Konzentrationen im Bereich von 10–200 µg/ml, gelöst in 50 mM α-CD, analysiert. AlsFigur 2zeigt, dass die niedrigste Konzentration, die nachgewiesen werden konnte, weniger als 0,3 µg/ml betrug.

Lithium kann aufgrund seines kleineren Radius und seiner hohen Polarisationsstärke Na+ und K+ in α-CD ersetzen.22 Das relative Häufigkeitsverhältnis von 6Li+ und 7Li+ wurde mit 95,2 ± 1,0 % (94–96 %) und 4,7 % ± 1,0 bestimmt % (3-6 Prozent) von den Peakflächen (A) oder Peakintensitäten nach folgender Formel:

Die ermittelten Werte weichen erheblich von den angegebenen Isotopenverhältnissen ab, d. h. 92,5 Prozent und 7,5 %.1,7 Es kann an der Konkurrenz zwischen 6Li und 7Li liegen, die in viel höherer Konzentration vorhanden sind, um ionisiert zu werden. Wie erwartet wird das 6Li+-Isotop nicht nachgewiesen, wenn die Lithiumkonzentration nahe der Nachweisgrenze (LOD) liegt.Figur 3Zeigt das Spektrum der MALDI-TOF-MS-Analyse von Lithium in einer Lithiumtablette.

Figur 3 : MALDI-TOF MS-Analyse von Lithium in einer Lithiumtablette. Die Probe wurde in 50 mg/ml α-CD gelöst. Die übrigen Bedingungen entsprachen denen in Abbildung 1.

Mit Alpha-Cyclodextrin dotierte MALDI-TOF-MS bietet ein schnelles Verfahren zur Identifizierung von Lithium in verschiedenen Analytproben. Es wurde festgestellt, dass der LOD-Wert von der Komplexität der Probenmatrix abhängt, dh der LOD steigt, wenn die Probenmatrix beteiligt ist. Das Isotopenhäufigkeitsverhältnis von 7Li wurde mit 95 % ± 1 % bestimmt.

Ahmad Amini ist pharmazeutischer Gutachter bei der schwedischen Arzneimittelbehörde. Er promovierte 1998 in analytischer pharmazeutischer Chemie an der Universität Uppsala. Nach einem Postdoktorandenstudium im Bereich Proteomik an der Purdue University unter der Leitung von Professor Fred E. Regnier trat Ahmad 2001 dem SMPA-Labor bei. Derzeit ist er an der Betreuung von Doktoranden und Studenten sowie an der Methodenentwicklung zur Charakterisierung monoklonaler Antikörper beteiligt.

Johan Carlsson ist Laborgutachter bei der schwedischen Arzneimittelbehörde. 2010 schloss er sein Studium an der Universität Stockholm mit einem Master of Science mit Nebenfach Ernährung ab. Im nächsten Jahr arbeitete er als Servicetechniker für Laborinstrumente. Johans Doktorstudien an der Universität Göteborg konzentrierten sich auf Lebensmittel und Allergien sowie die Wirkung von Fettsäuren auf Immunzellen. Nach einer Anstellung in der Forschungs- und Entwicklungsabteilung eines Biotechnologieunternehmens in Uppsala trat er 2020 der SMPA bei. Der Schwerpunkt lag hauptsächlich auf Peptiden und Proteinen. Zu den gängigen Techniken gehörten CE, Gelelektrophorese und ELISA sowie MALDI mit Schwerpunkt auf kleinen Molekülen.

Haftungsausschluss: Das Manuskript stellt die persönlichen Meinungen der Autoren dar und gibt nicht unbedingt die Ansichten oder Richtlinien von SMPA wieder.

Ausgabe 1 2023

Analysetechniken, Arzneimittelsicherheit, Massenspektrometrie

Schwedische Agentur für Medizinprodukte